소설, 낮음

Jun 07, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12084(2023) 이 기사 인용

272 액세스

측정항목 세부정보

식품, 건강, 제약 및 환경 응용 분야에서는 신속하고 정확한 바이오버든 검출이 점점 더 필요해지고 있습니다. 바이오버든을 정확하고 매우 민감한 방식으로 검출하기 위해 우리는 세포를 가두기 위한 통합 필터가 있는 새로운 미세유체 장치를 제작했습니다. 형광 라벨 레조루핀의 산화환원 반응을 이용하여 현장에서 여과지의 바이오버든을 검출하고, 형광 측정을 위해 휴대용 다채널 형광계를 사용합니다. 미세유체 장치는 마이크로파 유도 열 보조 결합을 통해 간편하고 저렴하며 빠른 방식으로 제작되었습니다. 미세유체 카세트의 결합 품질을 특성화하기 위해 다양한 테스트를 수행하고 여과지 재료와 크기를 최적화했습니다. 1차 Bacillus subtilis 배양 박테리아 샘플을 장치를 통해 필터링하여 성능 매개변수를 검증하고 조사했습니다. 우리의 결과는 이 미세 유체 장치를 통해 0.037 CFU/mL의 검출 한계(LOD)를 달성할 수 있는 반면 형광계와 황금 표준 분광 광도계의 일반 미세 유체 카세트의 LOD는 각각 0.378 및 0.128 CFU/mL임을 보여줍니다. 결과는 이 미세유체 카세트를 통해 3~10배의 LOD 개선이 가능하며, 빠른 3분 내에 필터링된 용량에 따라 보다 민감한 검출이 가능함을 보여줍니다. 형광계와 함께 이 새로운 미세유체 장치는 다양한 응용 분야에서 매우 민감하고 정확하며 처리량이 높은 박테리아 검출을 위한 신속한 휴대용 도구로 사용할 수 있습니다.

매년 수백만 명의 사람들이 음식, 물, 의약품 오염으로 병에 걸리고 사망합니다1. 세계보건기구(WHO)에 따르면 전세계 질병 부담의 45%가 바이오버든에 기인한다고 합니다2. 바이오 의약품 제조에서 바이오버든과 관련된 오염도 주요 관심사입니다3. 결과적으로 박테리아와 항생제 감수성을 식별하는 데 진단 장치가 점점 더 중요해지고 있습니다4,5. 바이오버든 검출에는 아데노신 삼인산 생물발광6, 유세포 분석7, 핵산 증폭8, 호흡7, 임피던스 방법8, 항체 검출7 등 다양한 분석 방법을 사용할 수 있습니다. 대부분의 탐지 기술은 탐지하는 데 비교적 오랜 시간(3시간~7일)이 필요합니다9. 또한 감지 속도가 충분히 빠르면 비용과 감도가 제한됩니다10,11,12. 현재, 세포 생존율 분석은 생존 가능한 세포와 ​​박테리아를 신속하게 검출할 수 있는 성장 인자, 사이토카인 및 세포 독성 물질을 연구하기 위해 약물 개발에 자주 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 레자주린은 주어진 샘플의 산화-환원을 측정하기 위해 세포 생존력 측정에 사용되었습니다. 바이오버든을 신속하고 민감한 방식으로 감지하기 위해 이전 연구13에서는 레자주린의 높은 양자 수율 레조루핀 감지를 기반으로 특정 샘플에서 생존 가능한 세포를 감지하기 위한 USB 구동 휴대용 형광계를 사용하는 방법을 보여주었습니다. 이 저가형 시스템에서는 형광 강도 기울기가 바이오버든을 검출하는 기준으로 사용되었습니다. 생존 가능한 세포는 산화환원 지시 염료 레자주린을 사용하여 모니터링되었습니다. 조사 중인 샘플에 레자주린을 첨가하고 특수 설계 미세유체 카세트에 로드한 후 레사주린에서 레조루핀으로의 변화 속도를 형광계를 통해 관찰했습니다. 더 높은 감도로 바이오버든을 검출하기 위해 자동 여과 및 검출을 위한 통합 필터가 있는 새로운 미세유체 장치가 보고된 형광계 및 분석법과 함께 이 연구에 도입되었습니다.

미세유체공학은 지난 수십 년 동안 강력한 기술이 되었으며 분석 화학14, 제약15, 화학 물질 합성16 및 임상 적용17,18을 포함하는 여러 첨단 연구 분야에서 응용 분야를 찾았습니다. 최근에는 미생물 연구에도 미세유체 기술이 적용되고 있다. 마이크로 크기와 대규모 통합을 갖춘 미세유체 장치는 미생물 분석19,20,21,22,23 및 항생제 지속성24에서 저렴한 비용, 높은 처리량, 높은 효율성을 포함한 많은 특별한 이점을 제공합니다. 미세유체공학의 최근 개발은 여과지를 박테리아를 포획하고 검출하는 수단으로 활용하며 저렴한 비용, 접근 용이성, 처리, 수정 및 폐기로 인해 대중화되고 있습니다25,26. 그러나 보고된 종이 기반 미세유체 장치는 57~500 CFU/mL 범위의 매우 높은 검출 한계(LOD)와 낮은 정확도를 가지고 있습니다. 장치는 종종 복잡한 수정, 즉 항체 기능화, 나노입자의 고정화 및 검출을 위해 여과지 패턴에 대한 UV 경화를 요구합니다27,28,29,30. 더욱이, 장치는 특정 항체 기능화로 인해 특정 박테리아 검출 균주에 특정한 경우가 많습니다. 이러한 단점은 박테리아 검출, 특히 현장 적용에 널리 사용되는 신속하고 간편하며 저렴한 여과지 기반 미세유체 장치를 방해합니다.